Anschalten einer Sinusspannung an eine verlustlose Leitung

Lerninhalt:

Beim Anschalten einer Sinusspannung an eine verlustlose Leitung breiten sich Spannungswellen und Stromwellen mit sinusförmigem Profil auf der Leitung aus.
Die Spannungswellen und Stromwellen vom Leitungsanfang zum Leitungsende, jeweils zeitversetzt um 2t_L, summieren sich zur sinusförmigen Spannungshauptwelle bzw. sinusförmigen Stromhauptwelle.
Die Spannungswellen und Stromwellen vom Leitungsende zum Leitungsanfang, jeweils zeitversetzt um 2t_L, summieren sich zur sinusförmigen Spannungsechowelle bzw. sinusförmigen Stromechowelle.
Bei Leerlauf bzw. Kurzschluss am Leitungsende summieren sich Hauptwelle und Echowelle zu einer stehenden Welle auf der Leitung.

Handlungsaufforderung:

Vergegenwärtigen Sie sich, wie die Werte U₁, I₁, r₀, r_l, t_L aus den Parametern der Schaltung und den Wellenparametern der Leitung verrechnet werden.
Beobachten Sie die Ausbreitung der Spannungswelle und Stromwelle auf der Leitung und im Oszillogramm für unterschiedliche Quellwiderstände R_i bei Anpassung am Leitungsende. Berechnen Sie die Amplituden und vergleichen Sie mit der Darstellung.
Beobachten Sie die Ausbreitung der Spannungswellen und Stromwellen auf der Leitung und im Oszillogramm für Leerlauf bzw. Kurzschluss am Leitungsende bei reflexionsfreier Einspeisung. Welche Spannungs- und Stromverteilung auf der Leitung stellt sich ein? Welchen Einfluss hat die Leitungslänge?
Beobachten Sie bei Vielfachreflexion, wie sich die zum Leitungsende laufenden Wellen zur sinusförmigen Hauptwelle und die zum Leitungsanfang laufenden Wellen zur sinusförmigen Echowelle aufaddieren.
Berechnen Sie für selbstgewählte Parameter die Amplituden der Haupt- und Echowellen und vergleichen Sie mit der Darstellung.
Was passiert bei |r₀| = 1, |r_l| = 1?
Welche Spannungs- und Stromverteilung auf der Leitung stellt sich letztendlich für Leerlauf und Kurzschluss am Leitungsende ein? Erläutern Sie die Begriffe Spannungsbauch, Spannungsknoten, Strombauch, Stromknoten.
Bestimmen Sie aus dem Oszillogramm die Frequenz der Hauptwelle und Echowelle.
Erklären Sie sich selber den Begriff Wellenlänge der Haupt- und Echowelle. Messen Sie im Leitungsdiagramm die Wellenlänge. Welcher Zusammenhang folgt für Wellengeschwindigkeit, Wellenlänge und Frequenz der Welle?
Nutzen Sie die Animation auch bei der Analyse von Beispiel 3.